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Projekt
Neuartiges experimentelles Bildgebungsverfahren für die laseroptische Analyse von Zweiphasenströmungen durch dünne ringförmige Rotor-Stator-Spalte
Antragsteller
Dr.-Ing. Jochen Kriegseis
Fachliche Zuordnung
Technische Thermodynamik
Strömungs- und Kolbenmaschinen
Strömungsmechanik
Strömungs- und Kolbenmaschinen
Strömungsmechanik
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510921053
Der Betrieb von öleingespritzten Rotationsverdrängern (RPDC) wie z.B. Schraubenkompressoren geht mit der Ausbildung einer komplexen zweiphasigen Schwall- und Spaltströmung über den Rotor-Stator-Ringspalt einher, die bisher noch nicht vollständig verstanden ist. Teilprojekt A2 liefert experimentell gewonnene Informationen über diese Zwei-Phasen-Strömung mit beweglichen Begrenzungen. Ein komplexes bildgebendes Messsystem zur Diagnose von Zweiphasenströmungen in engen Ringspalten wird entwickelt, das drei-dimensionale (3D) drei-komponentige (3C) Geschwindigkeitsinformation der flüssigen Phase liefert und gleichzeitig Ort, Größe, Wachstum und Geschwindigkeit von Blasen und/oder größeren gasförmigen Strömungsmustern verfolgt. Das System basiert auf drei simultan betriebenen Messtechniken, die wesentlich modifiziert werden, um den Anforderungen des engen gekrümmten Rotor-Stator-Spalts mit nur einseitigem optischem Zugang gerecht zu werden. Die Flüssigphase wird mit der Defocusing Particle Tracking Velocimetry (DPTV) untersucht, welche 3D3C-Geschwindigkeitsfelder der Flüssigphase liefert. Die Gasphase wird mit zwei zusätzlichen Feldmesstechniken untersucht, die bewusst so gewählt sind, dass sie von kleinen Blasen bis zu großen Strömungsmustern reichen. Die Interferometric Particle Image (IPI) Methode wird auf den Betrieb im Rückstreu-Modus und über den astigmatischen Einfluss der gekrümmten Oberflächen erweitert, um die Methode für die Untersuchung von Blasen in dem betrachteten dünnen Ringspalt zu qualifizieren. Neben Größe und Lage werden auch Wachstum und Geschwindigkeit der Blasen quantifiziert, und Phänomene wie Koaleszenz oder Blasen-Blasen-Wechselwirkungen bewertet. Größere Strukturen werden mit High-Speed-Imaging (HSI) untersucht, was eine Klassifizierung von Strömungsmusterkarten ermöglicht. Alle drei Methoden werden in einem experimentellen System kombiniert, um einen identischen (gleichzeitigen) optischen Zugang mit allen Messverfahren zu gewährleisten. Darüber hinaus werden die Bild- und Datenverarbeitungsstrategien aller Verfahren um die komplexen optischen Übertragungsfunktionen bei der Anwendung am Ringspalt erweitert. Das Diagnose-Framework wird am von Teilprojekt A1 entwickelten Prüfstand eingesetzt, um fehlende Strömungsfeldinformation beim Betrieb verschiedener Rotorgeometrien und -drehzahlen und unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu ermitteln. Alle Bildverarbeitungsansätze werden durch sog. deep learning Methoden für die Bildauswertung ergänzt, so dass der entwickelte umfassende Strömungsdiagnoseansatz die Vorteile mehrerer zielspezifischer Verarbeitungsstrategien kombiniert nutzen kann. Die Ergebnisse werden in globale Werte und räumliche Verteilungen des Gas-Flüssigkeits-Schlupfes, des Gasvolumenanteils und der wandnahen Geschwindigkeitsgradienten umgewandelt, was wichtige Informationen für die Forschungsgruppe FOR 5595 bereitstellt.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
